電路與模擬電子技術原理第7章2場效應管放大課件

1、電路與模擬電子技術原理第七章基本放大電路*1第7章 基本放大電路7.1 放大電路概述7.2 晶體管放大電路7.3 場效應管放大電路7.4 功率放大電路7.5 多級放大電路*27.3 場效應管放大電路 任何元件，只要能夠?qū)崿F(xiàn)變量之間的控制特性，就可以用來構成放大器。利用晶體管工作在放大區(qū)時，集電極電流iC受基極電流iB控制（iCiB）這一特征，可以構成晶體管放大電路。利用場效應管工作在恒流區(qū)時，漏極電流iD受柵源電壓uGS控制的特性，也可以構成場效應管放大電路。 *37.3 場效應管放大電路7.3.1 場效應管放大電路的工作原理7.3.2 場效應管放大電路的組成7.3.3 場效應管放大電路的近似

2、估算*47.3.1 場效應管放大電路的工作原理理解場效應管放大電路的工作原理，首先要深入理解場效應管本身。 *51深入理解場效應管場效應管的柵極、漏極和源極源極的意思是“載流子之源” 漏極的意思是“載流子之漏” 柵極這個名詞來自電子管，其作用是控制漏極和源極之間的電流。由于柵極電流為零，場效應管的漏極電流與源極電流相等。 *6場效應管的電壓偏置及電流方向*7場效應管電壓偏置及電流方向（續(xù)）N溝道管的漏極電位高于源極電位，電流從漏極流向源極；P溝道管的漏極電位低于源極電位，電流從源極流向漏極。漏源電壓uDS的存在是形成漏極電流iD的原因和必要條件。 *8場效應管電壓偏置及電流方向（續(xù)）以N溝道管

3、為例，因為自由電子從源極流向漏極（電流方向從漏極指向源極），所以要求uDS0（漏極電位必須高于源極電位），uDS增大將導致iD增大，但是uDS和iD之間的這種正相關性，卻受到柵極電壓（用uGS表示）作用的強烈影響。 *9uDS對載流子運動（iD）的影響 （1）uDS是用來形成iD的，所以iD理應受uDS的影響，二者存在正相關性；但是uDS和iD之間的數(shù)值關系受到溝道變化的重大影響。 *10uGS對溝道的影響 （2）uGS是用來改變溝道的，如果uGS引起溝道夾斷，則iD0；在溝道暢通的情況下，uGS還會改變溝道的寬窄，進而改變漏極和源極之間的導電特性，從而改變uDS和iD的比例系數(shù)，這相當于漏極

4、和源極之間的存在著一個受uGS控制的可變電阻。 *11uGS與uDS 共同改變溝道 （3）uGS對溝道的改變又受到uDS的影響。預夾斷時，電流iD在uDS變化時基本保持穩(wěn)定。 （請詳細閱讀教材） *12場效應的外部偏置條件 N溝道場效應管工作在恒流區(qū)的外部偏置條件是uDS過高導致uGD過低，低到不足以維持溝道暢通的程度。此時溝道發(fā)生預夾斷，iD基本上不隨uDS變化而取決于uGS的值，并以轉移特性來表示。 當uDS較小時，場效應管不會發(fā)生預夾斷，也就不會進入恒流區(qū)，而是工作在可變電阻區(qū)，此時的iD既取決于uDS，又取決于uGS。 *137.3.1 場效應管放大電路的工作原理場效應管的柵極、漏極和

5、源極分別對應晶體管的基極、集電極和發(fā)射極，場效應管放大電路也可以組成共柵、共漏、共源放大電路。 要讓場效應管放大電路實現(xiàn)對輸入信號的放大，也必須確保場效應管能夠不失真地工作在恒流區(qū)（飽和區(qū)），而要實現(xiàn)這一點，就必須給場效應管提供合適的偏置（自偏壓和分壓式偏壓 ）*142場效應管工作狀態(tài)的確定場效應管的工作狀態(tài)，既可以從電壓角度來判斷，也可以從電流角度來判斷。 從電壓角度看，場效應管的外加電壓必須能夠確?！皽系李A夾斷”uGS能確保溝道存在，uDS能確保溝道預夾斷。從電流角度看，場效應管的控制特性以平方關系出現(xiàn)。 *15N溝道耗盡型FET工作狀態(tài)截止區(qū)：柵源電壓過低，導致溝道夾斷UGSUP iD0

6、 *16N溝道耗盡型FET工作狀態(tài)（續(xù)）恒流區(qū)：柵源電壓夠高，保證溝道存在；漏源電壓過高，溝道預夾斷 UPUGS0，UDSUGS-UP *17N溝道耗盡型FET工作狀態(tài)（續(xù)）可變電阻區(qū)：柵源電壓夠高，保證溝道存在；漏源電壓夠低，溝道未發(fā)生預夾斷UPUGS0，0UDSUGS-UP *187.3.2 場效應管放大電路的組成 共柵、共漏、共源要讓場效應管放大電路實現(xiàn)對輸入信號的放大，也必須確保場效應管能夠不失真地工作在恒流區(qū)（飽和區(qū)），而要實現(xiàn)這一點，就必須給場效應管提供合適的偏置， *191自偏壓電路 由于iG0，以及電容C1的隔直作用，柵極電阻RG上不可能有直流電流流過，所以柵極直流電壓UG0。

7、 *20自偏壓電路（續(xù)）又因為場效應管的iDiS，于是源極直流電壓US就等于源極電阻Rs上的直流電壓： USRsID 于是柵源電壓UGSUGUSIDRs ID為零時，UGS0，耗盡型FET的導電溝道就已經(jīng)存在。 *21自偏壓電路（續(xù)）自偏壓電路要求柵極無電壓時就存在導電溝道，所以只能適用于耗盡型場效應管。結型場效應管在沒有柵極電壓的時候也存在導電溝道，所以也屬于耗盡型場效應管。 *222分壓式偏置電路 分壓式偏置既適用于增強型場效應管也適用于耗盡型場效應管。*237.3.3 場效應管放大電路的近似估算 場效應管放大電路的分析與晶體管類似，也要先進行直流分析，得到靜態(tài)工作點；再進行動態(tài)分析，得到

8、放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等交流參數(shù)。分析方法可以使用估算法（等效電路法）或圖解法。 *241場效應管放大電路的靜態(tài)分析 場效應管放大電路靜態(tài)分析的思路，是首先確定管子的工作狀態(tài)，再計算此工作狀態(tài)下的靜態(tài)工作點（IDQ，UGSQ，UDSQ）。應記住場效應管是一種電壓控制器件，柵極只需要偏壓，不需要偏流（IG0），所以漏極電流恒等于源極電流（iDiS）。利用這個特性，再結合基爾霍夫定律和場效應管伏安特性關系方程即可求解。 *25場效應管電路靜態(tài)分析思路（續(xù)）假設其工作于某個特定區(qū)域，并求解此狀態(tài)下的G-S回路和D-S回路方程，如果所得到的結果符合假設區(qū)域的偏置條件，說明我們的假設正確；否則說明

9、我們的假設不正確，應作出新的假設。 *26場效應管靜態(tài)分析步驟首先確定場效應管工作狀態(tài)，步驟如下： (1)假設FET工作于截止區(qū)，則ID0，IG0 在此前提下計算UGS，驗證 UGSUP 是否成立。如果成立，則說明FET處于截止區(qū)。否則進行第二步。 *27場效應管靜態(tài)分析步驟（續(xù)）(2)假設FET工作于恒流區(qū)，則IG0 在此前提下計算UGS，驗證 UPUGS0，UDSUGSUP 是否成立。如果成立，則說明FET處于恒流區(qū)，否則進行第三步。 *28場效應管靜態(tài)分析步驟（續(xù)）(3)假設FET工作于可變電阻區(qū)，則 IG0 在此前提下計算UGS，驗證UPUGS0，0UDSUGSUP 是否成立。如果成立

10、，則說明FET處于可變電阻區(qū)，否則應考慮場效應管是否已經(jīng)擊穿。 *29場效應管靜態(tài)分析步驟（續(xù)）其次根據(jù)已知狀態(tài)計算靜態(tài)工作點（ID，UGS，UDS）。 *30場效應管靜態(tài)分析舉例【例7-4】已知UDD6V，Rd750，Rs500，場效應管的UP4V，IDSS16mA，求靜態(tài)工作點。 *31場效應管靜態(tài)分析舉例（續(xù)）【解】首先畫出直流通路，如圖7-27所示。 因為柵極電流IG0，柵極電阻Rg上無電流，可知 UG0 又因為USIDRs UGSUGUSIDRs *32場效應管靜態(tài)分析舉例（續(xù)）下面分析場效應管的工作狀態(tài)。 (1)假設FET工作于截止區(qū)，則ID0 UGSIDRs0(V) 不滿足UGSUP的條件，說明FET不能工作于截止區(qū)。 *33場效應管靜態(tài)分析舉例（續(xù)）(2)假設FET工作于恒流區(qū)，得場效應管特性方程 再根據(jù)G-S回路寫出柵源電壓表達式 UGSID500 求解，可驗證場效應管不能工作于恒流區(qū) （詳細步驟見教材）*34場效應管靜態(tài)分析舉例（續(xù)）(3)假設FET工作于可變電阻區(qū)，則UDSUDDIDRdIDRs